Eletrônica de potência - BJT
Um Transistor de Junção Bipolar (BJT) é um transistor cuja operação depende do contato feito por dois semicondutores. Ele pode atuar como uma chave, amplificador ou oscilador. É conhecido como transistor bipolar, pois seu funcionamento requer dois tipos de portadores de carga (orifícios e elétrons). Os buracos constituem os portadores de carga dominantes nos semicondutores do tipo P, enquanto os elétrons são os principais portadores de carga nos semicondutores do tipo N.
Símbolos de um BJT
Estrutura de um BJT
Um BJT tem duas junções PN conectadas costas com costas e compartilhando uma região B comum (base). Isso garante que os contatos sejam feitos em todas as regiões que são base, coletor e emissor. A estrutura de um transistor bipolar PNP é mostrada abaixo.
O BJT mostrado acima consiste em dois diodos conectados costas com costas, resultando no esgotamento das regiões chamadas quase neutras. A largura do quase neutro do emissor, base e coletor são indicados acima como W E ', W B ' e W C '. Eles são obtidos da seguinte forma -
$$ W_ {E} ^ {'} = W_ {E} -X_ {n, BE} $$ $$ W_ {B} ^ {'} = W_ {B} -X_ {p, BE} -X_ {p , BC} $$ $$ W_ {C} ^ {'} = W_ {C} -X_ {n, BC} $$Os sinais convencionais das correntes para o emissor, base e coletor são denotados por I E , I B e I C respectivamente. Portanto, o coletor e a corrente de base são positivos quando uma corrente positiva encontra o coletor ou o contato de base. Além disso, a corrente do emissor é positiva quando a corrente sai do contato do emissor. Portanto,
$$ I_ {E} = I_ {B} + I_ {C} $$Quando uma voltagem positiva é aplicada ao contato da base em relação ao coletor e ao emissor, a voltagem do coletor da base, bem como a voltagem do emissor da base, torna-se positiva.
Para simplificar, V CE é considerado zero.
A difusão de elétrons ocorre do emissor para a base, enquanto a difusão dos buracos se origina da base para o emissor. Uma vez que os elétrons alcançam a região esgotada do coletor de base, eles são varridos através da região por um campo elétrico. Esses elétrons formam a corrente do coletor.
Quando um BJT é polarizado no modo ativo direto, a corrente total do emissor é obtida adicionando a corrente de difusão de elétrons ( I E, n ), a corrente de difusão de buraco ( I E, p ) e a corrente de base-emissor.
$$ I_ {E} = I_ {E, n} + I_ {E, p} + I_ {r, d} $$A corrente de coletor total é dada pela corrente de difusão de elétrons ( I E, n ), menos a corrente de recombinação de base ( I r, B ).
$$ I_ {C} = I_ {E, n} -I_ {r, B} $$A soma da corrente de base I B é obtida adicionando-se a corrente de difusão do orifício ( I E, p ), a corrente de recombinação de base ( I r, B ) e a corrente de recombinação do emissor de base da camada de depleção ( I r, d ).
$$ I_ {B} = I_ {E, p} + I_ {r, B} + I_ {r, d} $$Fator de Transporte
Isso é dado pela relação entre a corrente do coletor e a corrente do emissor.
$$ \ alpha = \ frac {I_ {C}} {I_ {E}} $$Aplicando a lei da corrente de Kirchhoff, verifica-se que a corrente de base é dada pela diferença entre a corrente do emissor e a corrente do coletor.
Ganho Atual
Isso é dado pela relação entre a corrente do coletor e a corrente de base.
$$ \ beta = \ frac {I_ {C}} {I_ {B}} = \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} $$O acima explica como um BJT pode produzir amplificação de corrente. O fator de transporte (α) aproxima-se de um se a corrente do coletor for quase equivalente à corrente do emissor. O ganho atual (β) torna-se assim maior que um.
Para uma análise posterior, o fator de transporte (α) é reescrito como um produto da eficiência do emissor (γ E ), o fator de transporte de base (α T ) e o fator de recombinação da camada de depleção (δ r ). É reescrito da seguinte forma -
$$ \ alpha = \ gamma _ {E} \ times \ alpha _ {T} \ times \ delta _ {r} $$A seguir está um resumo da eficiência do emissor discutida, fator de transporte de base e fator de recombinação da camada de depleção.